高中物理典型例题集锦
力学部分
1、如图9-1所示，质量为M=3kg的木板静止在光滑水平面上，板的右端放一质量为m=1kg 的小铁块，现给铁块一个水平向左速度V0=4m/s，铁块在木板上滑行，与固定在木板左端的水平轻弹簧相碰后又返回，且恰好停在木板右端，求铁块与弹簧相碰过程中，弹性势能的最大值E P。
分析与解：在铁块运动的整个过程中，系统的动量守恒，因此弹簧压缩最大时和铁块停在木板右端时系统的共同速度（铁块与木板的速度相同）可用动量守恒定律求出。在铁块相对于木板往返运动过程中，系统总机械能损失等于摩擦力和相对运动距离的乘积，可利用能量关系分别对两过程列方程解出结果。
设弹簧压缩量最大时和铁块停在木板右端时系统速度分别为V和V’，由动量守恒得：mV0=(M+m)V=(M+m)V’ 所以，V=V’=mV0/(M+m)=1X4/(3+1)=1m/s
铁块刚在木板上运动时系统总动能为：EK=mV02=0.5X1X16=8J
弹簧压缩量最大时和铁块最后停在木板右端时，系统总动能都为：
E K’=(M+m)V2=0.5X(3+1)X1=2J
铁块在相对于木板往返运过程中，克服摩擦力f所做的功为：
W f=f2L=E K-E K’=8-2=6J
铁块由开始运动到弹簧压缩量最大的过程中，系统机械能损失为：fs=3J
由能量关系得出弹性势能最大值为：E P=E K-E K‘-fs=8-2-3=3J
说明：由于木板在水平光滑平面上运动，整个系统动量守恒，题中所求的是弹簧的最大弹性势能，解题时必须要用到能量关系。在解本题时要注意两个方面：①是要知道只有当铁块和木板相对静止时(即速度相同时)，弹簧的弹性势能才最大；弹性势能量大时，铁块和木板的速度都不为零；铁块停在木板右端时，系统速度也不为零。
②是系统机械能损失并不等于铁块克服摩擦力所做的功，而等于铁块克服摩擦力所做的功和摩擦力对木板所做功的差值，故在计算中用摩擦力乘上铁块在木板上相对滑动的距离。
2、如图8-1所示，质量为m=0.4kg的滑块，在水平外力F作用下，在光滑水平面上从A
点由静止开始向B点运动，到达B点时外力F突然撤去，滑块随即冲上半径为R=0.4米的1
4
光
滑圆弧面小车，小车立即沿光滑水平面PQ运动。设：开始时平面AB与圆弧CD相切，A、B、C三点在同一水平线上，令AB连线为X轴，且AB=d=0.64m，滑块在AB面上运动时，其动量随位移的变化关系为P=1.6X kgm/s，小车质量M=3.6kg，不计能量损失。求：
(1)滑块受水平推力F为多大? (2)滑块通过C点时，圆弧C点受到压力为多大? (3)滑块到达D点时，小车速度为多大? (4)滑块能否第二次通过C点? 若滑块第二次通过C点时，小车与滑块的速度分别为多大? (5)滑块从D点滑出再返回D点这一过程中，小车移动距离为多少? (g取10m/s2)
分析与解：(1)由X，代入x=0.64m，可得滑块到B点速度为：
V B X0.64/m =3.2m/s
A→B，由动能定理得：FS=1
2
mV B2
所以F=m
2
2
B
v
S
=0.4×3.22/(2×0.64)=3.2N
(2)滑块滑上C立即做圆周运动，由牛顿第二定律得：
N-mg=m
2
C
v
R
而V C=V B则
N=mg+m
2
C
v
R
=0.4×10+0.4×3.22/0.4=14.2N
(3)滑块由C→D的过程中，滑块和小车组成系统在水平方向动量守恒，由于滑块始终紧贴着小车一起运动，在D点时，滑块和小车具有相同的水平速度V DX。由动量守恒定律得：mV C=(M+m)V DX
所以V DX=mV C/(M+m)=0.4X3.2/(3.6+0.4)=0.32m/s
(4)滑块一定能再次通过C点。因为滑块到达D点时，除与小车有相同的水平速度V DX外，还具有竖直向上的分速度V DY，因此滑块以后将脱离小车相对于小车做竖直上抛运动(相对地面做斜上抛运动)。因题中说明无能量损失，可知滑块在离车后一段时间内，始终处于D点的正上方(因两者在水平方向不受力作用，水平方向分运动为匀速运动，具有相同水平速度)，所以滑块返回时必重新落在小车的D点上，然后再圆孤下滑，最后由C点离开小车，做平抛运动落到地面上。由机械能守恒定律得：
1 2mV C2=mgR+
1
2
(M+m)V DX2+
1
2
mV DY2
所以
以滑块、小车为系统，以滑块滑上C点为初态，滑块第二次滑到C点时为末态，此过程中系统水平方向动量守恒，系统机械能守恒(注意：对滑块来说，此过程中弹力与速度不垂直，弹力做功，机械能不守恒)得：
mV C=mV C‘+MV 即1
2
mV C2=
1
2
mV C’2+
1
2
MV2
上式中VC‘、V分别为滑块返回C点时，滑块与小车的速度，
V=2mV C/(M+m)=2X0.4X3.2/(3.6+0.4)=0.64m/s
V C’=(m-M)V C/(m+M)=(0.4-3.6)X3.2/(0.4+3.6)=-2.56m/s(与V反向)
(5)滑块离D到返回D这一过程中，小车做匀速直线运动，前进距离为：
△S=V DX2V DY/g=0.32×2×1.1/10=0.07m
3、如图10-1所示，劲度系数为K的轻质弹簧一端与墙固定，另一端与倾角为θ的斜面体小车连接，小车置于光滑水平面上。在小车上叠放一个物体，已知小车质量为M，物体质量为m，小车位于O点时，整个系统处于平衡状态。现将小车从O点拉到B点，令OB=b，无初速释放后，小车即在水平面B、C间来回运动，而物体和小车之间始终没有相对运动。求：(1)小车运动到B点时的加速度大小和物体所受到的摩擦力大小。(2)b的大小必须满足什么条件，才能使小车和物体一起运动过程中，在某一位置时，物体和小车之间的摩擦力为零。
